KR200418831Y1 - 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 물과 기름이 진행하는 하우징의 내부 및 그 하우징의 내부를 진행하는 물과 기름을 분쇄하는 회전체의 구조를 변경하여 초미립자의 에멀젼 유를 제조할 수 있도록 한 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치에 관한 것으로,

그 구성은, 전방 일측에는 물공급구(11)가 형성되고 전방 타측에는 기름공급구(12)가 형성되며, 후방에는 배출구(13)가 형성되고, 내부에는 챔버(14)를 형성시키되, 그 챔버의 내주면 입측 및 출측에는 일정폭의 제1 및 제2평면부(15,16)를 형성시키고 그 제1 및 제2평면부의 사이 중앙부에는 요철(凹凸:17.18)을 형성시켜 된 하우징(10); 상기 하우징의 중앙부에는 저항 판(21)이 위치되고 그 저항 판을 중심으로 전후방에는 상기 챔버의 내주면과 일정간격 유지되게 제1 및 제2회전체(22,23)를 설치하되, 상기 제1회전체의 외주면 입측에는 일정폭의 제1평활부(22a)가 형성되고 그 후방에는 요철(凹凸:22b,22c)이 형성되며, 상기 제2회전체의 외주면 출측에는 일정폭의 제2평활부(23a)가 형성되고 그 전방에는 요철(凹凸:23b,23c)을 형성시켜 된 에멀젼수단(20); 저항 판과 제1 및 제2회전체를 관통하며 설치되어 상기 제1 및 제2회전체를 회전시키는 샤프트(31)와 그 샤프트의 일측 단부를 모터(32)의 축(33)과 연결 설치하여 된 회전체회전수단(30)으로 이루어진 구성을 특징으로 하는 유화장치.

회전체, 하우징, 에멀젼유, 기름, 물

Description

유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치{Production apparatus of water-in-oil type emulsion fuel}

도1은 본 고안에 따른 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치 전체구성을 나타낸 단면도.

도2는 본 고안에 따른 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치에서 에멀젼수단을 발췌한 단면 구성도,

도3은 본 고안에 따른 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치에서 하우징의 발췌 정면도,

도4는 본 고안 도3의 하우징의 A-A선 단면도,

도5는 본 고안에 따른 하우징의 B-B선 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 하우징 11 : 물공급구

12 : 기름공급구 13 : 배출구

14 : 챔버 15,16 : 제1 및 제2평면부

17,18 : 요철 20 : 에멀젼수단

21 : 저항판 22,23 : 제1 및 제2회전체

22a,23a : 제1 및 제2평활부 22b,22c,23b,23c : 요철

30 : 회전체회전수단 31 : 샤프트

32 : 모터 33 : 모터축

본 고안은 물과 기름이 진행하는 하우징의 내부 및 그 하우징의 내부를 진행하는 물과 기름을 미립자로 만드는 회전체의 외부구조를 변경하여 초미립자의 에멀젼 연료를 제조할 수 있도록 한 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 에멀젼(emulsion)이란 액체 중에 이 액체와 혼합되지 않는 다른 액체가 미립화 상태로 균일하게 분산되어 있는 상태를 말한다.

유중 수적형(油中 水滴形, water-in-oil type: W/O형) 에멀젼 연료는 대기오염물질의 유발로 사용이 극히 제한되고 있는 저가격 고효율의 열원인 중유와 같은 고 탄화물, 고점도의 연료에 물 또는 오폐수와 계면활성제(유화제)를 혼합한 것이다.

이는 연소 시 연소로에서 수적(water drop)에 의한 미세 폭발(micro explosion)을 함으로써 완전 연소될 수 있고, 연소 시 발생하는 배기가스 중 대기오염의 주범이 되는 분진, 매연, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 농도를 극소화 할 수 있도록 첨가제를 넣어 연료화 한 고효율, 저공해의 환경친화적 청정연료유를 말한다.

에멀젼 연료만의 독특한 현상인 연소 시 유중에 자리 잡고 있는 수적의 미세 폭발로 인한 2차 미립화 현상은 액체연료의 분사기술 중 궁극의 연료 무화(霧化)성능을 보여주고 있다. 이는 연소성이 나쁜 저급 연료의 연소효율을 높이고 미연소분으로 인한 연소실 및 전열면의 스케일 침적을 현격히 줄여 전열효율을 유지하며, 또한 연소성이 향상됨으로써 연소용 과잉공기를 줄일 수 있어 전반적인 열효율이 상승되어 연료절감으로 이어진다.

이러한 에멀젼 연료 기술의 우수성과 20세기 초부터 시작된 1세기에 걸친 에멀젼 연료 기술사에도 불구하고 국내에서 실제 산업계의 본격적인 상용화가 이루어진 것은 최근의 일이다.

에멀젼 연료는 서로 섞이지 않으려는 연료유와 물과 같은 액체간의 불안정한 분산계로서, 에멀젼 연료의 효과를 최적으로 발휘할 수 있는 일정 분산상태의 균일한 에멀젼 연료유를 제조하는 것도 어렵지만, 그것을 지속적으로 유지하며 공급하는 것은 더욱 어렵다. 이러한 에멀젼 연료의 특성으로 인해 1세기에 걸친 수많은 시도들이 제대로 실용화되지 못하였다.

균일상태의 에멀젼 연료란 상(phase)안정성이 유지된 상태라고 할 수 있는데, 주로 수분입자의 일정성, 정확한 수분비율 및 일정온도의 유지를 들 수 있다. 구체적으로는 각 연소조건에 따라 설정된 5 ~ 20㎛의 수분입자가 시간경과에 상관없이 일정 평균입경을 유지하고, 수분비율 10 ~ 30% 부피부 중 각 연소조건에 따라 설정된 하나의 특정 수분비율이 시간경과에 상관없이 정확하게 유지되어야 하며, 에멀젼 연료의 예열온도 60 ~ 90℃중 각 연소조건에 따라 설정된 특정 예열온도가 시간의 경과에 상관없이 유지되는 것을 말한다.

이러한 에멀젼 연료의 균일상태 유지가 중요한 것은 연료를 연소시키는 버너와 같은 연소장치와의 상관관계 때문인데, 즉 불규칙한 상태의 연료가 공급되면 연소장치의 설정된 공연비 조정, 분사노즐 조정 등에 영향을 주게 된다. 구체적으로는 에멀젼 연료의 상 안정성이 파괴되어 수분입자가 거대해 졌다거나 수분비율이 20%인 에멀젼 연료의 공급 중 갑자기 수분비율이 10%로 줄었다거나 하면 화염상태가 불규칙해지고 실화가 되거나 수분비율이 줄어들면서 공기비도 같이 줄게 되어 공기비 부족으로 인한 매연이 발생하기 쉽다.

에멀젼 연료의 온도도 일정하게 유지되지 못하면 에멀젼 연료의 온도는 점도에 관계하므로 점도가 높고 낮음에 따라 연료 공급량이 불규칙하게 되는 것이다.

이렇게 불규칙하게 되면 연소의 안정성을 위하여 과잉공기비를 높일 수 밖에 없는데, 이는 곧 열효율의 저하를 가져오는 등 에멀젼 연료를 사용하는 의미가 퇴색되는 부정적인 결과를 초래하게 된다.

종래에 유수(油水)를 유화하여 우수한 에멀젼 연료를 얻기 위하여 계면활성제나 기타 유화제 등의 첨가제를 유수에 혼합하고 고성능의 믹서 또는 유화장치로 에멀젼 연료를 얻어 왔으나, 이를 연소하기 위해 저장, 이송, 예열, 버너공급 하는 과정에서, 연료유와 물의 비중차이와 계면장력의 차이로 상안정성이 파괴되고 유수분리현상이 일어나는 것과 각각의 투입량과 투입비율의 부정확성과 불안정한 시스 템으로 연료유가 지속적으로 균일하게 공급되지 않는 문제점이 있었다. 그 때문에 연소과정에서 연소의 중단현상이 빈번이 발생하고 연소효율 또한 좋지 않아 연료유 절감이라는 소기의 목적을 달성할 수 없었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 고안한 것으로서, 그 목적은 물과 기름이 진행하는 하우징의 내부 및 그 하우징의 내부를 진행하는 물과 기름을 미립자로 만드는 회전체의 외부구조를 변경하여 초미립자의 에멀젼 유를 제조할 수 있도록 한 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징적인 기술적 구성은, 전방 일측에는 물공급구(11)가 형성되고 전방 타측에는 기름공급구(12)가 형성되며, 후방에는 배출구(13)가 형성되고, 내부에는 챔버(14)를 형성시키되, 그 챔버의 내주면 입측 및 출측에는 일정폭의 제1 및 제2평면부(15,16)를 형성시키고 그 제1 및 제2평면부의 사이 중앙부에는 요철(凹凸:17.18)을 형성시켜 된 하우징(10);

상기 하우징의 중앙부에는 저항 판(21)이 위치되고 그 저항 판을 중심으로 전후방에는 상기 챔버의 내주면과 일정간격 유지되게 제1 및 제2회전체(22,23)를 설치하되, 상기 제1회전체의 외주면 입측에는 일정폭의 제1평활부(22a)가 형성되고 그 후방에는 요철(凹凸:22b,22c)이 형성되며, 상기 제2회전체의 외주면 출측에는 일정폭의 제2평활부(23a)가 형성되고 그 전방에는 요철(凹凸:23b,23c)을 형성시켜 된 에멀젼수단(20);

저항 판과 제1 및 제2회전체를 관통하며 설치되어 상기 제1 및 제2회전체를 회전시키는 샤프트(31)와 그 샤프트의 일측 단부를 모터(32)의 축(33)과 연결 설치하여 된 회전체회전수단(30)으로 이루어진다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 고안에 따른 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면의 도1은 본 고안에 따른 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치 전체구성을 나타낸 단면도이고, 도2는 본 고안에 따른 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치에서 에멀젼수단을 발췌한 단면 구성도이며, 도3은 본 고안에 따른 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치에서 하우징의 발췌 정면도이고, 도4는 본 고안 도3의 하우징의 A-A선 단면도이며, 도5는 본 고안에 따른 하우징의 B-B선 단면도이다.

먼저 본 고안의 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치(A)는 이종의 유체 즉 분산매인 기름과 분산질인 물을 회전체에 의하여 미립상태로 유화시키고자 하는 것인바, 상기 분산매인 기름과 분산질인 물을 공급하는 공급수단은, 통형의 하우징(10) 전방 일측에는 공급이 공급되는 물공급구(11)가 형성되고, 전방 타측에는 기름이 공급되는 기름공급구(12)가 형성되는데, 상기 물공급구(11)와 기름공급구(12)는 도3에 나타낸 바와 같이 각자 형성시키는 것이 바람직하다.

그 이유는, 물성이나 성상이 다르고 서로 계면장력 즉 분자 간에 응집에너지의 차이가 있는 물과 기름을 별도의 공급구로 공급함으로서 균일한 비율의 유화상 태를 유지함은 물론, 물과 기름이 동일한 회전력으로 얻어지는 원심력에 의하여 미립화 상태의 유중 수적형(유중 속에 미세한 수적이 포함되어 있는 상태) 에멀젼 유(유화유)를 형성하기 위함이다.

또한 상기 하우징(10)의 후방에는 배출구(13)가 형성되는데, 그 배출구(13)는 상기 에멀젼 유를 배출하고자 하는 것이다.

상기와 같이 각각의 물 및 기름공급구(11,12)와 배출구(13)가 형성된 하우징(10)의 내부에는 챔버(14)를 형성시키는데, 그 챔버(14)의 내주면 입측 및 출측에는 일정폭의 제1 및 제2평면부(15,16)를 형성시키고 그 제1 및 제2평면부의 사이 중앙부에는 요철(凹凸:17.18)을 형성시켰다.

상기 챔버(14)의 내주면 입측에 일정폭의 제1평면부(15)를 형성시키는 이유는, 물 및 기름공급구(11,12)에서 공급되는 물과 기름이 입구에서는 분력 즉 압이 발생하지 않고 안정적이며 원활한 진행을 유도하기 위함이고, 또, 챔버(14)의 내주면 출츨에 일정폭의 제2평면부(16)를 형성시키는 이유는, 에멀젼 유가 배출될 때에도 상기 분력 즉 압이 발생하지 않고 안정적이며 원활한 배출을 유도하기 위함이다.

그리고 상기 하우징(10)의 내주면 중앙부에 요철(凹凸:17.18)을 형성시킨 이유는, 상기 물 및 기름공급구(11,12)에서 공급되는 물과 기름이 하기에서 설명되는 회전체의 회전과 함께 회전되면서 양력의 발휘 즉 상기 요철(凹凸:17.18)에 부딪쳐 미립으로 분쇄되면서 유중 수적형 에멀젼 유를 형성하기 위함이다.

한편 상기 하우징(10)의 내주면 중앙부에 형성된 요철(凹凸:17.18)의 형상은 요(凹)의 폭을 철(凸)의 폭보다 크게 하고, 또 상기 요철의 상호 배열은 바둑판모양으로 함이 바람직한데, 상기 요(凹:17)의 폭을 철(凸:18)의 폭보다 크게 하는 이유는, 하기에서 설명되는 회전체의 외주면에 형성된 철(凸:22c,23c)을 상기 요(凹:17)의 하부에 위치시켜 물과 기름의 양력 발휘(부딪치는 힘)를 크게 하기 위함이다.

또 상기 하우징(10)의 내주면 중앙부에 형성된 요철(凹凸:17.18)의 배열을 바둑판모양으로 하는 이유는, 이 역시 상기에서 설명한 바와 같이 물과 기름의 양력 발휘를 최대화시켜 초 미립의 에멀젼 유를 형성하기 위함이다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 고안의 하우징(10)내부에는 회전체가 설치되는데, 그 회전체는 도2에 나타낸 바와 같이 하우징(10)의 내부 중앙부에 저항 판(21)이 위치되고 그 저항 판(21)을 중심으로 전후방에는 상기 챔버(14)의 내주면과 일정간격 유지되게 제1 및 제2회전체(22,23)를 설치된다.

상기 제1 및 제2회전체(22,23)는 각 일측면이 저항 판(21)의 전면 및 후면에 면 접촉되게 설치되는데, 상기 저항 판(21)의 역할은 제1 및 제2회전체(22,23)를 구분하는 역할을 한다. 그리고 저항 판(21)의 직경은 회전체의 직경보다 크게 하여 상기 제1 및 제2회전체(22,23)의 사이에 설치되었을 때 외부로 약간 돌출되게 한다.

한편 상기 제1회전체(22)의 외주면 입측에는 일정폭의 제1평활부(22a)가 형성되는데, 그 제1평활부(22a)를 형성시키는 이유는, 상기 하우징(10) 내주면 입측에 형성된 제1평면부(15)와 마찬가지로 물 및 기름공급구(11,12)에서 공급되는 물 과 기름이 입구에서는 분력 즉 압이 발생하지 않고 안정적이며 원활히 진행하도록 유도하기 위함이다.

또 상기 제2회전체(23)의 외주면 출측에도 일정폭의 제2평활부(23a)가 형성되는데, 그 제2평활부(23a)를 형성시키는 이유는, 상기 하우징(10) 내주면 출측에 형성된 제1평면부(16)와 마찬가지로 에멀젼 유가 배출될 때 분력 즉 압이 발생하지 않고 안정적이며 원활한 배출을 유도하기 위함이다.

또한 상기 제1회전체(22)의 외주면 후방에는 요철(22b,22c)이 형성되는데, 그 요철(22b,22c)을 형성시키는 이유는, 상기 하우징(10)의 내주면 중앙부에 형성된 요철(凹凸:17.18)과 함께 작용하여 물 및 기름공급구(11,12)에서 공급되는 물과 기름의 양력을 발휘시켜 미립의 유중 수적형 에멀젼 유를 형성하기 위함이다.

또 상기 제2회전체(23)의 외주면 전방에는 요철(23b,23c)이 형성되는데, 그 요철(23b,23c)을 형성시키는 이유는, 상기 제1회전체(22)와 마찬가지로 하우징(10)의 내주면 중앙부에 형성된 요철(凹凸:17.18)과 함께 작용하여 물 및 기름공급구(11,12)에서 공급되는 물과 기름의 양력을 발휘시켜 미립의 유중 수적형 에멀젼 유를 형성하기 위함이다.

그리고 상기 제1 및 제2회전체(22,23)의 외주면에 형성된 요철(22b,22c,23b,23c)의 형상은 요(凹)의 폭을 철(凸)의 폭보다 크게 하고, 또 상기 요철의 상호 배열은 바둑판모양으로 함이 바람직한데, 상기 요(凹)의 폭을 철(凸)의 폭보다 크게 하는 이유는, 상기에서 설명된 하우징의 내주면 형성된 철(凸:18)을 상기 요(凹)의 하부에 위치시켜 물과 기름의 양력 발휘(수직으로 부딪치는 힘) 를 크게 하기 위함이다.

또 상기 제1 및 제2회전체(22,23)의 외주면에 형성된 요철(凹凸:22b,22c,23b,23c)의 배열을 바둑판모양으로 하는 이유는, 이 역시 상기에서 설명한 바와 같이 물과 기름의 양력 발휘를 최대화시켜 초 미립의 에멀젼 유를 형성하기 위함이다.

상기와 같이하여 하우징(10)의 내부 챔버(14)에 저항 판(21)과 제1 및 제2회전체(22,23)가 위치되면 그의 중앙을 샤프트(31)가 관통하며 설치되고 그 샤프트(31)의 일측 단부는 모터(32)의 축(33)과 연결 설치되는데, 상기 제1 및 제2회전체(22,23)는 샤프트(31)와 일체가 되게 설치되어 샤프트의 회전과 함께 제1 및 제2회전체(22,23)가 연동된다. 그리고 저항 판(21)은 제1 및 제2회전체(22,23)의 사이에 긴밀히 위치하여 그 제1 및 제2회전체(22,23)와 연동하게 된다.

이상과 같은 본 고안의 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치(A)는 모터(32)를 가동시켜 샤프트(31)를 고속 회전시키면 그와 동시에 제1 및 제2회전체(22,23)가 회전되고, 이때 하우징(10)의 전방에 각자 형성된 물 및 기름공급구(11,12)로 물과 가름이 각자 공급하면 그 각자 공급된 물과 기름은 하우징(10)의 내주면과 제1회전체(22)의 사이 즉 제1평면부(15)와 제1평활부(22a)의 사이로 진행한다. 이때 진행되는 물과 기름은 제1평면부(15) 및 제1평활부(22a)에 의해 분력을 받게 되기 때문에 안정적이며 원활하게 진행된다.

이와 같이 되어 물과 기름이 제1평면부(15)와 제1평활부(22a)의 사이로 진행하면 그 다음에는 제1회전체(22)의 외주면에 형성된 요철(22b,22c)과 하우징(10)의 내부에 형성된 요철(17,18)사이로 통과하면서 상기 각각의 요철(17,18 22b,22c)에 의해 물과 기름이 양력을 받기 때문에 미립화가 되고 그와 동시에 미립화 된 물의 표면에 기름이 코팅되면서 1차 유화가 일어지게 된다.

상기와 같이 되어 1차 유화된 에멀젼 유는 후방으로 진행하여 제2회전체(23)의 외주면에 형성된 요철(23b,23c)과 하우징(10)의 내부에 형성된 요철(17,18)사이로 통과하면서 상기 각각의 요철(17,18 23b,23c)에 의해 물과 기름이 양력을 받게 되고 그에 따른 미립화가 이루어지면서 물의 표면에 기름이 코팅되어 2차 유화가 이루어진다.

상기 2차 유화가 이루어진 에멀젼 유는 하우징(10)의 내부 출측에 형성된 제2평면부(16)와 제2회전체(23)의 외주면 후방에 형성된 제2평활부(23a)를 진행하여 배출구(13)로 배출되게 되는데, 이때, 상기 제2평면부(16)와 제2평활부(23a)의 사이로 진행하는 에멀젼 유는 제2평면부(16) 및 제2평활부(23a)에 의해 분력을 받게 되기 때문에 안정적이며 원활하게 배출구로 배출된다.

이상과 같은 본 고안은 첫째, 하우징의 전 방에 물과 기름을 각자 공급할 수 있는 각각의 물 및 기름공급구를 형성시켜 이로 물성이나 성상이 다르고 서로 계면장력 즉 분자 간에 응집에너지의 차이가 있는 물과 기름을 공급함으로서 균일한 비율의 유화상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 하우징의 내부 입측 및 출측에 분력이 발생되도록 각각의 평면부 및 평활부를 형성시킴으로서, 물 및 기름 공급구에서 공급되는 물과 기름 및 에멀젼 유의 배출을 안정적이며 원활하게 진행시키는 효과가 있다.

셋째, 하우징의 내주면 및 회전체의 외주면에 각각의 요철을 형성시킴은 물론, 그 요철을 바둑판모양으로 배열함으로서, 물 및 기름 공급구에서 공급되는 물과 기름을 초미립자의 에멀젼 유를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 전방 일측에는 물공급구(11)가 형성되고 전방 타측에는 기름공급구(12)가 형성되며, 후방에는 배출구(13)가 형성되고, 내부에는 챔버(14)를 형성시키되, 그 챔버의 내주면 입측 및 출측에는 일정폭의 제1 및 제2평면부(15,16)를 형성시키고 그 제1 및 제2평면부의 사이 중앙부에는 요철(凹凸:17.18)을 형성시켜 된 하우징(10);

   상기 하우징의 중앙부에는 저항 판(21)이 위치되고 그 저항 판을 중심으로 전후방에는 상기 챔버의 내주면과 일정간격 유지되게 제1회 및 제2회전체(22,23)를 설치하되, 상기 제1회전체의 외주면 입측에는 일정폭의 제1평활부(22a)가 형성되고 그 후방에는 요철(凹凸:22b,22c)이 형성되며, 상기 제2회전체의 외주면 출측에는 일정폭의 제2평활부(23a)가 형성되고 그 전방에는 요철(凹凸:23b,23c)을 형성시켜 된 에멀젼수단(20);

   저항 판과 제1 및 제2회전체를 관통하며 설치되어 상기 제1 및 제2회전체를 회전시키는 샤프트(31)와 그 샤프트의 일측 단부를 모터(32)의 축(33)과 연결 설치하여 된 회전체회전수단(30)으로 이루어진 구성을 특징으로 하는 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 내주면에 형성된 요철과 제1 및 제2회전체의 외주면에 형성된 요철에서 상기 요(凹)의 폭이 철(凸)의 폭보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 내주면에 형성된 요철과 제1 및 제2회전체의 외주면에 형성된 요철의 상호 배열은 상기 챔버의 내주면에 형성된 요(凹) 중앙부분 하부에 제1 및 제2회전체의 외주면에 형성된 철(凸)이 위치하게 형성시켜 된 것을 특징으로 하는 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 내주면에 형성된 요철은 바둑판 모양으로 규칙되게 배열된 것을 특징으로 하는 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2회전체의 외주면에 형성된 요철은 바둑판 모양으로 규칙되게 배열된 것을 특징으로 하는 유중 수적형 에멀젼 연료의 제조장치.

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